CN110026648A - 双相不锈钢与复合板的对接焊方法及对接件 - Google Patents

双相不锈钢与复合板的对接焊方法及对接件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双相不锈钢与复合板的对接焊方法及对接件，对接焊方法包括：S1、分别在双相不锈钢板和复合板的对接处开坡口；S2、将双相不锈钢板和复合板以坡口进行对接，两个坡口对接形成X形坡口；S3、采用第一焊条在所述X形坡口内最窄处施焊，形成打底层；S4、采用第二焊条轮流在所述打底层相对两侧上施焊，形成第一连接焊层将所述低合金钢层和双相不锈钢板连接；S5、采用第三焊条在所述第一连接焊层上施焊，形成第二连接焊层将所述奥氏体不锈钢层和双相不锈钢板连接。本发明采用X形坡口的SMAW方式实现双相不锈钢和复合板之间的对接，满足在不同位置、不同焊接场所、有限的操作空间对复合板的焊接需求。

Description

双相不锈钢与复合板的对接焊方法及对接件
技术领域
本发明涉及金属复合板焊接技术领域，尤其涉及一种双相不锈钢与复合板的对接焊方法及对接件。
背景技术
常规核电设施中，抑压池构件原材料均选择了碳钢板+防腐涂层的方法。采用碳钢板+防腐涂层的方法制得的抑压池构件，由于防腐涂层的使用寿命较短，需要不定期的检查和维护来保证防腐涂层的完整性和耐蚀性，这对于长期安置应用在海洋平台的小型核反应堆有诸多不利。
对于两种金属复合形成的复合板，目前复合板采用爆炸焊成型，只能生产特定尺寸的钢材，不能满足特殊尺寸、其它型式的工程需要，如耐压壳或核反应堆抑压池结构、舰船钢结构、海水系统、海水换热中的板式设备。
现有的低合金钢复合板应用于耐压壳或核反应堆抑压池结构、舰船钢结构、海水系统、海水换热中的板式设备等，受操作空间限制，无法实现自动焊，如果采用手工TIG，受限于较小的焊丝直径，导致焊接层数和道数均太多，生产效率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种满足在不同位置、不同焊接场所、有限的操作空间的焊接需求的双相不锈钢与复合板的对接焊方法及该对接焊方法制得的对接件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种双相不锈钢与复合板的对接焊方法，包括以下步骤：
S1、分别在双相不锈钢板和复合板的对接处开坡口；
所述复合板包括低合金钢层以及通过爆炸焊接复合在所述低合金钢层一面上的奥氏体不锈钢层；
S2、将双相不锈钢板和复合板以坡口进行对接，两个坡口对接形成X形坡口；
S3、采用第一焊条在所述X形坡口内最窄处施焊，形成打底层；
S4、采用第二焊条轮流在所述打底层相对两侧上施焊，形成第一连接焊层将所述低合金钢层和双相不锈钢板连接；
S5、采用第三焊条在所述第一连接焊层上施焊，形成第二连接焊层将所述奥氏体不锈钢层和双相不锈钢板连接。
优选地，步骤S1中，所述双相不锈钢板和复合板对接处上设置的坡口分别具有钝边；所述钝边长度为1mm-2mm；
步骤S2中，对接后，两个所述坡口的钝边相对形成所述X形坡口内的最窄处；所述X形坡口内最窄处的宽度为1mm-3mm。
优选地，步骤S2中，所述双相不锈钢板和复合板对接的错边量≤0.5mm。
优选地，步骤S2中，所述X形坡口的角度为60°±10°
优选地，所述复合板中，低合金钢层的厚度为10-35mm，所述奥氏体不锈钢层的厚度为3-6mm。
优选地，所述复合板中，奥氏体不锈钢层为304L不锈钢板，低合金钢层为10CrNi3MoV低合金钢板；所述双相不锈钢板为2205双相不锈钢；
所述第一焊条、第二焊条和第三焊条均为E2209焊条。
优选地，步骤S3中，施焊所述打底层的焊接电流为90-120A，焊接速度为200-210mm/min；
步骤S4中，施焊所述第一连接焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为190-195mm/min；
步骤S5中，施焊所述第二连接焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为170-175mm/min。
优选地，步骤S4中，在所述X形坡口内，所述第一连接焊层填充所述X形坡口第一端至靠近低合金钢层的表面，以及填充所述X形坡口相对的第二端至靠近奥氏体不锈钢层；
在焊接所述第一连接焊层后，采用第二焊条在所述X形坡口第一端的所述第一连接焊层上施焊，形成盖面焊层将低合金钢层的表面和双相不锈钢板的表面连接。
优选地，施焊所述盖面焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为170-175mm/min。
优选地，所述双相不锈钢与复合板的对接焊方法还包括：
S7、表面处理和退火处理。
本发明还提供一种对接件，包括通过上述任一项所述的对接焊方法连接为一体的复合板和双相不锈钢板。
本发明的双相不锈钢与复合板的对接焊方法，采用X形坡口的手工电弧焊(SMAW)方式实现双相不锈钢和复合板之间的对接，满足在不同位置、不同焊接场所、有限的操作空间的焊接需求，同时使对接处具有不亚于母材的高强度、耐蚀性能，保证对接处具有足够的可靠性和安全性，适用于抑压池构件等的加工制造，满足特殊尺寸、型式的工程需要，对提升设备寿命、减小相关人员核辐照损伤、降低设备制造成本、缩短设备制造周期起到重要意义，满足核电、化学工业、船舶工业和高端装备的发展需要。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施例的对接焊方法中双相不锈钢与复合板对接时(焊接前)的结构示意图；
图2是本发明一实施例的对接焊方法中双相不锈钢与复合板对接(焊接后)结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1、2，本发明一实施例的双相不锈钢与复合板的对接焊方法，包括以下步骤：
S1、分别在双相不锈钢板200和复合板100的对接处开坡口。
其中，复合板100均为奥氏体不锈钢-低合金钢复合板，在结构层上包括低合金钢层101、通过爆炸焊接复合在低合金钢层101一面上的奥氏体不锈钢层102。奥氏体不锈钢层102厚度小于低合金钢层101的厚度，例如，低合金钢层101的厚度为10-35mm，奥氏体不锈钢层102的厚度为3-6mm。
本实施例中，低合金钢层101为10CrNi3MoV低合金钢板，奥氏体不锈钢层102为304L奥氏体不锈钢板。双相不锈钢板200为2205双相不锈钢(奥氏体+铁素体双相)，具有高强度、耐腐蚀的特性。
如图1中所示，复合板100上开设的坡口呈V形，坡口具有钝边103，钝边103的宽度可为1mm-2mm。坡口103的单边角度可为但不限于30°。由于低合金钢层101的厚度大于奥氏体不锈钢层102的厚度，坡口的钝边103位于低合金钢层101上。
双相不锈钢板200上开设的坡口呈V形，坡口具有钝边201，钝边201的宽度可为1mm-2mm。坡口的单边角度可为30°±5°。
为便于后续的焊接，上述的坡口的表面粗糙度可为但不限于6.3μm，表面粗糙度可根据情况增减。
S2、将双相不锈钢板200和复合板100以坡口进行对接，双相不锈钢板200和复合板100的坡口对接形成X形坡口300。
其中，X形坡口300的角度α可为60°±10°。在X形坡口300中，两个钝边103、201相对形成X形坡口300的最窄处，该最窄处的宽度为1mm-3mm。
对接时，双相不锈钢板200和复合板100对接的错边量应严格控制≤0.5mm。
S3、采用第一焊条在X形坡口300内最窄处施焊，形成打底层。
打底层可以由一道或以上的焊缝形成，其整体的厚度可≥钝边103、201的长度。打底层在X形坡口300中的位置如图2中所示序号1、2。
根据打底层施焊在X形坡口300的最窄处，焊接时，采用直径较小的第一焊条以较低的焊接电流进行，月牙形运弧，先在正面打底，再在反面清根后焊接。作为选择，施焊打底层的焊接电流为90-120A，焊接速度为200-210mm/min。
S4、采用第二焊条轮流在打底层相对两侧上施焊，形成第一连接焊层(如图2中所示序号3-10)将奥氏体不锈钢层102和双相不锈钢板200连接。
在两侧轮流施焊(跳跃焊接)的目的在于实现两面焊接所产生的变形尽可能互相抵消，降低焊接变形尤其是角变形，并减少残余应力。
X形坡口300包括相对的第一端和第二端。施焊时，轮流从X形坡口300两端开口在打底层两侧上施焊，将X形坡口300的第一端和第二端填充。
具体地，在X形坡口300内，第一连接焊层填充X形坡口300的第一端至靠近低合金钢层101的表面(如图2中所示序号3、7、8)，以及填充X形坡口300第二端至靠近奥氏体不锈钢层102(如图2中所示序号4、5、6、9、10)。
X形坡口300每一端内的第一连接焊层为多层。
作为选择，施焊第一连接焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为190-195mm/min。
根据打底层和第一连接焊层施焊位置的宽度不同，第一焊条的直径较于第二焊条的直径小。例如，第一焊条的直径为3.2mm，第二焊条的直径为4mm。
焊接第一连接焊层时，焊接其第一层、清根后和最后一层，均进行PT(液体渗透检测)。
在焊接第一连接焊层后，采用第二焊条在X形坡口300第一端的第一连接焊层上施焊，形成盖面焊层(如图2中所示序号11、12)将低合金钢层101的表面和双相不锈钢板200的表面连接。
施焊盖面焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为170-175mm/min。
根据双相不锈钢板200和与其焊接的复合板100的材料，第一焊条和第二焊条可选用E2209焊条。
S5、采用第三焊条在第一连接焊层上施焊，形成第二连接焊层(如图2中所示序号13、14)将奥氏体不锈钢层102和双相不锈钢板200连接。焊后进行PT。
作为选择，施焊第二连接焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为170-175mm/min。
第三焊条可相同于第一焊条和第二焊条，选用E2209焊条。
上述的对接焊过程中，在进行打底层、第一连接焊层、第二连接焊层以及盖面焊层各层焊接时均月牙形运弧，并且焊接各层时控制层间温度≤120℃。
上述步骤S1-S5完成后，双相不锈钢板200和复合板100对接为一体。
进一步地，本发明的对接焊方法还包括：
S6、表面处理和退火处理。
表面处理主要将双相不锈钢板200和复合板100对接处进行抛光磨平处理，使得对接处的表面与双相不锈钢板200和复合板100的表面平齐。
退火处理主要用于消除双相不锈钢板200和复合板100在焊接后残余应力。退火处理时，退火温度为500℃-600℃。具体的，将对接的双相不锈钢板200和复合板100缓慢加热到500℃-600℃，并保温一定的时间，再以适宜速度冷却。
结合图2，本实施的双相不锈钢板200和复合板100的对接焊方法中各层施焊过程具体参数如下表1至表2所示。
表1.打底层、第一连接层和盖面焊层的焊接参数
1、2层及清根后均进行PT，每道焊前需用钢丝刷对上一道焊缝进行清理。焊道5与6、7与8焊后进行PT。
表2.第二连接焊层的焊接参数
每道焊前需用钢丝刷对上一道焊缝进行清理。焊后进行PT。
对本实施例对接焊后的双相不锈钢板和复合板进行性能测试，结果如下表3所示。
表3.
其中，2205双相不锈钢的抗拉强度下限标准值为655MPa。
复合板中奥氏体不锈钢层参与强度计算，对接处抗拉强度按下列公式1-1计算为≥632MPa：
式中：Rm1—低合金层抗拉强度下限标准值，MPa；GJB1663A标准值655MPa。
Rm2—奥氏体不锈钢层抗拉强度下限标准值，MPa；SA-240标准值485MPa。
t1—低合金层厚度，mm；低合金层名义厚度26mm。
t2—奥氏体不锈钢层厚度，mm；奥氏体不锈钢层名义厚度4mm。
根据GJB1663A，母材冲击功下限值为80J。
参考图2，本发明的对接焊方法制得的对接件，包括连接为一体复合板100和双相不锈钢板200，两者呈一字形连接。复合板100和双相不锈钢板200的对接焊实现两者的高强度冶金结合，适用于反应堆中抑压池结构件等，也可广泛的应用于化学工业、海洋船舶、核电其他设备制造领域。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种双相不锈钢与复合板的对接焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、分别在双相不锈钢板和复合板的对接处开坡口；
所述复合板包括低合金钢层以及通过爆炸焊接复合在所述低合金钢层一面上的奥氏体不锈钢层；
S2、将双相不锈钢板和复合板以坡口进行对接，两个坡口对接形成X形坡口；
S3、采用第一焊条在所述X形坡口内最窄处施焊，形成打底层；
S4、采用第二焊条轮流在所述打底层相对两侧上施焊，形成第一连接焊层将所述低合金钢层和双相不锈钢板连接；
S5、采用第三焊条在所述第一连接焊层上施焊，形成第二连接焊层将所述奥氏体不锈钢层和双相不锈钢板连接。
2.根据权利要求1所述的双相不锈钢与复合板的对接焊方法，其特征在于，步骤S1中，所述双相不锈钢板和复合板对接处上设置的坡口分别具有钝边；所述钝边长度为1mm-2mm；
步骤S2中，对接后，两个所述坡口的钝边相对形成所述X形坡口内的最窄处；所述X形坡口内最窄处的宽度为1mm-3mm。
3.根据权利要求1所述的双相不锈钢与复合板的对接焊方法，其特征在于，步骤S2中，所述双相不锈钢板和复合板对接的错边量≤0.5mm。
4.根据权利要求1所述的双相不锈钢与复合板的对接焊方法，其特征在于，步骤S2中，所述X形坡口的角度为60°±10°。
5.根据权利要求1所述的双相不锈钢与复合板的对接焊方法，其特征在于，所述复合板中，低合金钢层的厚度为10-35mm ，所述奥氏体不锈钢层的厚度为3-6mm。
6.根据权利要求1所述的双相不锈钢与复合板的对接焊方法，其特征在于，所述复合板中，奥氏体不锈钢层为304L不锈钢板，低合金钢层为10CrNi3MoV低合金钢板；所述双相不锈钢板为2205双相不锈钢；
所述第一焊条、第二焊条和第三焊条均为E2209焊条。
7.根据权利要求1所述的双相不锈钢与复合板的对接焊方法，其特征在于，步骤S3中，施焊所述打底层的焊接电流为90-120A，焊接速度为200-210mm/min；
步骤S4中，施焊所述第一连接焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为190-195mm/min；
步骤S5中，施焊所述第二连接焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为170-175mm/min。
8.根据权利要求1所述的双相不锈钢与复合板的对接焊方法，其特征在于，步骤S4中，在所述X形坡口内，所述第一连接焊层填充所述X形坡口第一端至靠近低合金钢层的表面，以及填充所述X形坡口相对的第二端至靠近奥氏体不锈钢层；
在焊接所述第一连接焊层后，采用第二焊条在所述X形坡口第一端的所述第一连接焊层上施焊，形成盖面焊层将低合金钢层的表面和双相不锈钢板的表面连接。
9.根据权利要求8所述的双相不锈钢与复合板的对接焊方法，其特征在于，施焊所述盖面焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为170-175mm/min。
10.根据权利要求1-9任一项所述的双相不锈钢与复合板的对接焊方法，其特征在于，所述双相不锈钢与复合板的对接焊方法还包括：
S7、表面处理和退火处理。
11.一种对接件，其特征在于，包括通过权利要求1-10任一项所述的对接焊方法连接为一体的复合板和双相不锈钢板。
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